KAJIAN TERAPAN MODEL NERACA AIR BULANAN
THORNTHWAITE-MATHER UNTUK KEBUTUHAN ANALISIS
POTENSI KETERSEDIAAN AIR DALAM UPAYA MENDUKUNG
PROGRAM PENGELOLAAN DAS TERPADU
(Wilayah Penelitian: Sub DAS Subayang Kampar Kiri )
Joleha
1, Bochari
1, Trimaijon
1, Cupritno Tamba
21
Dosen Jurusan Teknik Sipil Universitas Riau
2Mahasiswa Jurusan Teknik Sipil Universitas Riau
Email: [email protected]
ABSTRAK
Neraca air secara umum adalah hubungan antara aliran masuk dengan aliran keluar di suatu wilayah untuk suatu periode tertentu, yang menurut fungsi meteorologis diperlukan untuk mengevaluasi ketersediaan dan kebutuhan air suatu DAS yang berguna untuk menunjang perencanaan pengelolaan DAS yang lebih baik, sehingga dapat ditentukan kegiatan-kegiatan yang dapat menyeimbangkan antara ketersediaan dan kebutuhan, bahkan diharapkan mampu meningkatkan cadangan air DAS tersebut. Hasil penelitian menunjukkan neraca air yang berkaitan dengan ketersediaan air menggunakan metode Thornthwaite Mather, diperoleh nilai ketersediaan air selama setahun mencapai 553,25 juta m3
pada tahun 2008 dengan rata-rata per bulan mencapai 46,1 juta m3, namun pada tahun 2014 ketersediaan air rata-rata perbulan hanya berkisar 3,54 ribu m3. Kuantitas ketersediaan air di daerah penelitian sangat bervariasi setiap bulan pada masing-masing tahun disepanjang tahun. Dua tahun pertama pada bulan Desember-Januari ketersediaan air dalam kondisi surplus, tetapi di tahun berikutnya kondisi ketersediaan air mengalami defisit sepanjang tahun, namun ketersediaan air tetap tersedia karena pasokan air pada bulan-bulan sebelumnya menjadi air permukaan.
Kata Kunci: neraca air, thornthwaite-mather, ketersediaan air
PENDAHULUAN
Pola penggunaan lahan, secara tidak langsung merubah fungsi hidrologi daerah aliran sungai (DAS) yaitu sebagai transmisi air, fungsi penyangga dan fungsi pelepasan air secara bertahap. Perubahan alih fungsi lahan yang tidak terkendali dengan baik, akan menyebabkan gangguan keseimbangan hidrologi DAS yang ditandai dengan perbedaan debit air sungai yang sangat tinggi antara musim penghujan dan musim kemarau. Peningkatan debit air sungai pada musim penghujan dan penurunan debit air sungai pada musim kemarau berpengaruh terhadap ketersediaan air.
Informasi Ketersediaan dan kebutuhan air suatu DAS sangat penting untuk menunjang perencanaan pengelolaan DAS yang lebih baik, sehingga dapat ditentukan kegiatan-kegiatan yang dapat menyeimbangkan antara ketersediaan dan
kebutuhan, bahkan diharapkan mampu
meningkatkan cadangan air DAS tersebut. Untuk
mengetahui DAS yang memiliki potensi
ketersediaan air tercukupi, atau kekurangan dapat diketahui berdasarkan Neraca Keseimbangan Air.
Neraca air secara umum adalah
hubungan antara aliran masuk dengan aliran keluar di suatu wilayah untuk suatu periode
tertentu (Sosrodarsono, 1997). Neraca air menurut
fungsi meteorologis diperlukan untuk
mengevaluasi ketersediaan air hujan di suatu wilayah, terutama untuk mengetahui kapan dan seberapa surplus serta defisit yang terjadi di wilayah yang ditinjau. Memperkirakan kuantitas air adalah faktor penting dalam evaluasi sumberdaya air. Kuantitas air harus diukur secara langsung, dengan syarat suatu DAS harus memliki stasiun hidrologi.
Subiyakto dalam Wijayanti at al (2015) mengemukakan bahwa dalam perkembangannya timbul banyak persamaan neraca air, salah satu diantaranya dan yang paling banyak digunakan adalah persamaan neraca air oleh Thornthwaite
dan Mather dalam Sengkarang at al (2012).
Penaksiran potensi air bulanan dengan metode Thornthwaite-Mather ini sudah pernah diteliti oleh Pramono at al (2010), di Sub DAS Wuryanto, Wonogiri dan hasil penaksiran debit bulanan mempunyai korelasi yang tinggi dengan hasil pengukuran. Maka metode penaksiran potensi air bulanan ini sangat cocok diterapkan di Sub DAS Subayang mengingat di Sub DAS Subayang yang terletak di Kecamatan Kampar Kiri Hulu Kabupaten Kampar yang mempunyai
luas 64.592,8 Ha dengan panjang Sungai utama 61,5 km belum memiliki stasiun hidrologi.
METODE PENELITIAN
Lokasi penelitian berada di Daerah Aliran Sub DAS Subayang terletak di Kabupaten Kampar Provinsi Riau dengan luas wilayah 64.592,8 Ha dan panjang Sungai utama 61,5km, seperti ditunjukkan pada Gambar 1.
Gambar 1. Lokasi Penelitian
Sumber : BPDAS Indragiri Rokan (2014) Data yang diperlukan dalam penelitian ini adalah;
1. Data curah hujan, digunakan data curah hujan di stasiun Gema selama 9 tahun pengamatan (2006-2014), diperoleh dari BPDAS Indragiri Rokan.
2. Data klimatologi, meliputi data
temperatur udara tahun data curah hujan di stasiun Pasar Kampar selama 9 tahun pengamatan (2006-2014), diperoleh dari BPDAS Indragiri Rokan.
3. Peta jenis tanah dan tekstur tanah tahun 2009, diperoleh dari BPDAS Indragiri Rokan.
Tahap pelaksanaan studi sebagai berikut: 1. Analisa Data Suhu, digunakan cara Mock
(1973), dengan rumus;
ΔT = 0,006 (Z1-Z2) (1)
2. Evapotranspirasi Potensial, Thornthwaite
mengusulkan metode empiris menghitung evapotranspirasi potensial dari data suhu rata-rata bulanan, standar bulan 30 hari dan
jam penyinaran 12 jam. Adapun
persamaannya (dalam Widiyono, 2016) adalah sebagai berikut;
⁄ (2) ∑ (3) (4) Pex = 16 (10T/I)a (5)
3. Kapasitas Tanah dalam Menyimpan Air
(Water Holding Capacity), merupakan adalah jumlah air maksimum yang dapat disimpan di dalam lapisan tanah yang besarnya ditentukan oleh porositas tanah dan kedalaman akar. Petak kapasitas tanah dalam menyimpan air diturunkan dari peta satuan lahan dengan memberikan nilai Water Holding Capacity (WHC) kepada setiap satuan lahan atas dasar jenis tutupan lahan dan permeabelitas tanah. Nilai WHC dapat diperoleh dengan bantuan tabel pendugaan yang dikombinasikan dengan kedalaman perakaran pada berbagai tekstur tanah. 4. Akumulasi Potensi Kehilangan Air Tanah
(Accumulation Potential Water Loss), Nilai akumulasi potensi kehilangan air tanah adalah nilai akumulatif bulanan dari selisih presipitasi dan evapotranspirasi potensial (P-PE). Menghitung APWL dilakukan dengan cara menjumlahkan angka pada bulan yang negatif, yaitu menjumlahkan nilai APWL bulan sebelumnya dengan nilai P-PE pada bulan ke-i.
5. Kelengasan Tanah, menghitung kelengasan tanah dengan cara menghitung jumlah bulan basah dan bulan kering, pada bulan-bulan basah (P>PE), maka nilai ST untuk tiap bulannya sama dengan WHC, sedankan pada bulan-bulan kering (P<PE), maka nilai ST untuk tiap bulannya dihitung dengan
( ) (6)
6. Perubahan Kelengasan Tanah, yaitu cara
perhitungan penambahan air (ΔST) yang dilakukan dengan cara mengurangi nilai ST pada bulan yang bersangkutan dengan nilai ST pada bulan sebelumnya.
7. Evapotranspirasi Aktual, Nilai Evapotranspirasi aktual bisa didapat dengan memperhitungkan bulan basah dan bulan kering dimana, untuk bulan-bulan basah (P>PE), maka nilai AE=PE dan untuk nilai bulan-bulan kering (P<PE), maka nilai
AE=P-ΔST (7)
8. Perhitungan Surplus, Nilai surplus (S) atau
kelebihan lengas tanah yang terjadi didapat dengan persamaan sebagai berikut:
(8)
9. Perhitungan Defisit, Defisit atau kekurangan lengas tanah yang terjadi didapat dengan menghitung selisih antara PE dengan AE.
– (9)
10. Perhitungan Runoff, Langkah terakhir dari perhitungan neraca air dengan metode
Lokasi Penelitian
Thornthwaite-Mather adalah menghitung runoff . Runoof diperoleh dari surplus air yang besarnya diaumsikan 50% dan sisanya akan keluar menjadi runoff pada bulan berikutnya.
Secara umum diasumsikan bahwa curah hujan yang jatuh pada suatu wilayah 25% akan menjadi aliran permukaan dan 75% akan meresap menjadi limpasan pada bulan berikutnya.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Perhitungan suhu udara menggunakan cara Mock, karena stasiun Gema tidak memiliki data suhu udara. Data suhu acuan didapatkan dari stasiun Pasar Kampar pos pengamatan suhu
terdekat dari lokasi studi. Cara Mock
menggunakan ketinggian sebagai korelasi untuk menghitung selisih suhu antara stasiun.
Dari data suhu udara tersebut dapat dicari suhu udara pada stasiun Gema Januari 2006, Hasil perhitungan suhu ini secara lengkap dicantumkan pada Tabel 1 berikut;
Tabel 1 Suhu Udara Stasiun Gema (ºC)
Thn
Bln Jan Feb Mar Apr Mei Jun Jul Ags Sep Okt Nov Des
2006 27,7 28,2 27,2 27 28 27,3 27,9 27,8 27 27,2 27 26,3 2007 27,5 27,8 28,6 27,7 28,5 28,8 28,1 28,2 27,2 28,2 27,2 27,7 2008 28,3 28,9 28,5 27,6 28,6 28,2 28,1 29 27,4 28,5 27,4 28,1 2009 27,5 28,4 29,1 28,4 29,8 28,3 28,9 29 29,2 28,9 28,1 28,2 2010 28,4 29,2 29,4 28,7 30,2 28,3 27,4 28,8 27,9 29,4 27,9 28,6 2011 27,6 28,8 28,9 28,1 29,3 28,5 28,1 28,5 27,6 28,8 28 26,1 2012 29,1 29,7 29,1 28,2 29,4 28,2 28,6 28,2 27,2 27,6 28 28,5 2013 28,8 28,4 29,3 28,8 28,4 28,2 28,6 28,2 27,2 28,4 27,2 27,2 2014 27,2 28,5 28,5 28,7 29,1 28,7 28,8 28,3 27,4 28,4 27,9 27,7
Sumber: Hasil Perhitungan
Evapotranspirasi potensial (PE) adalah
kemampuan total udara untuk melakukan
penguapan saat persediaan kelembapan untuk vegetasi tidak terbatas. Evapotranspirasi potensial
untuk tiap bulannya dihitung dengan metode Thornthwaite Mather, hasil perhitungan
Evapotranspirasi potensial secara lengkap
ditampilkan pada Tabel 2, berikut; Tabel 2 Evapotranspirasi potensial pada stasiun gema tahun 2006
Bulan T i I a PEX f PE ( c ) (mm/bln) (mm/bln) Jan 27,7 8,39 99,62 2,79 277,21 1,04 288,30 Feb 28,2 8,54 290,86 0,94 273,41 Mar 27,7 8,38 275,95 1,04 286,99 Apr 27,0 8,18 258,39 1,01 260,97 Mei 28,0 8,48 285,79 1,04 297,23 Jun 27,3 8,27 266,26 1,01 268,92 Jul 27,9 8,45 282,73 1,04 294,04 Agust 27,8 8,40 278,20 1,04 289,33 Sept 27,0 8,17 257,31 1,01 259,89 Okt 27,2 8,23 262,27 1,04 272,77 Nov 27,0 8,17 257,10 1,01 259,67 Des 26,3 7,96 238,89 1,04 248,44
Berdasarkan suhu udara pada Tabel 1 dan persamaan (2) – (5), maka hasil perhitungan evapotranspirasi potensial selama 9 tahun (2006 -2014) dikemas dalam satu tabel, yang dirangkum
dalam Tabel 3. Secara umum besarnya PE akan
meningkat ketika suhu, radiasi panas matahari, kelembaban, dan kecepatan angin bertambah besar.
Tabel 3 Evapotranspirasi potensial (PE) pada stasiun gema tahun 2006 -2014 Bulan/Tahun 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 Jan 288,2981 290,5318 323,6657 296,5057 337,0003 300,4434 356,2035 341,6626 287,5862 Feb 273,4053 271,9893 308,4596 293,6644 331,7744 306,6219 344,0503 296,2879 297,9217 Mar 286,9904 325,0293 329,6129 350,5961 372,5934 341,7771 359,3865 357,3198 330,7381 Apr 260,9711 289,9824 289,6805 316,8934 337,691 307,4261 315,956 330,1753 326,5416 Mei 297,2251 321,6121 331,7932 376,164 403,1303 355,5798 370,1328 328,5376 351,6834 Jun 268,9209 323,46 309,3364 312,2461 322,8438 319,3863 317,3015 312,3126 326,0046 Jul 294,0405 309,198 314,8779 341,4434 303,214 313,6582 339,9416 334,4213 339,5713 Agust 289,3283 314,0739 347,3211 344,2341 349,1875 328,3311 325,0642 319,9748 323,9435 Sept 259,887 274,0383 284,7618 343,517 308,9739 289,3028 299,8445 295,3511 285,3935 Okt 272,7659 313,816 328,255 342,1954 372,2869 337,3476 306,3517 326,7368 326,5416 Nov 259,6706 273,8048 285,0065 306,0512 309,2419 303,0816 310,3462 294,5949 301,4157 Des 248,4448 297,3495 314,6141 319,3318 342,7677 254,6673 335,9687 288,5484 302,0455
Selanjutnya hasil perhitungan potensi air
dan perhitungan runoff bulanan tahun 2006 secara detail ditabelkan dalam Tabel 4 dan Tabel 5. Kemudian menyusul Tabel 6 yang merupakan rangkuman hasil perhitungan potensi air untuk tahun 2006 – 2014.
Dalam perhitungan satuan mm
dikonversikan dalam m3, dengan mengubah
satuan mm menjadi m (dibagi 1.000), dan
mengubah satuan luas dari ha menjadi m2
(dikalikan 10.000), sehingga untuk mengubah
satuan mm menjadi m3 cukup mengalikan 10 X
luas penggunaan lahan (64592,84 ha).
Berdasarkan perhitungan yang telah
dilakukan didapatkan data runoff bulanan Sub
DAS Subayang. Runoff tersebut merupakan jumlah ketersediaan air yang terdapat pada Sub DAS Subayang. Hasil perhitungan tersebut dapat dilihat pada Tabel 7. Tabel 8 merupakan kondisi surplus dan defisit selama tahun yang ditinjau. Sebagian besar dari beberapa tahun tersebut mengalami defisit, kecuali pada dua tahun pertama dan di akhir awal tahun 2010 dan di akhir tahun 2011. Namun demikian ketersediaan air masih tersedia dikarenakan pasokan air pada bulan-bulan sebelumnya menjadi air permukaan.
Tabel 4 Potensi Air Sub DAS Subayang tahun 2006
Tabel 5 Hasil perhitungan runoff bulanan tahun 2006
P PE P-PE APWL St ΔSt AE S D RO (mm/bln) (mm/bln) (mm/bln) (mm) (mm) (mm/bln)(mm/bulan)(mm/bln) (mm/bln) Jan 537 288.3 248.7 0.0 326.6 0.0 288.3 248.7 0.0 124.4 Feb 272.5 273.4 -0.9 0.9 325.7 -0.9 273.4 0.0 0.0 62.2 Mar 85.5 287.0 -201.5 202.4 175.8 -149.9 235.4 0.0 51.5 31.1 Apr 325.5 261.0 64.5 0.0 326.6 150.8 261.0 0.0 0.0 15.5 Mei 83 297.2 -214.2 214.2 169.5 -157.1 240.1 0.0 57.1 7.8 Jun 234 268.9 -34.9 249.1 152.3 -17.2 251.2 0.0 17.7 3.9 Jul 85 294.0 -209.0 458.2 80.3 -72.0 157.0 0.0 137.0 1.9 Agust 136 289.3 -153.3 611.5 50.2 -30.1 166.1 0.0 123.2 1.0 Sep 155.5 259.9 -104.4 715.9 36.5 -13.7 169.2 0.0 90.6 0.5 Okt 238.5 272.8 -34.3 750.2 32.9 -3.6 242.1 0.0 30.6 0.2 Nop 334 259.7 74.3 0.0 326.6 293.8 259.7 0.0 0.0 0.1 Des 356.5 248.4 108.1 0.0 326.6 0.0 248.4 108.1 0.0 54.1
Tabel 4.10 Tabel Potensi Ketresedian Air Sub DAS Subayang tahun 2006
bulan 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 jumlah surplus 248.70 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 108.06 50% 124.35 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 54.03 62.18 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 31.09 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 15.54 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 7.77 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 3.89 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 1.94 0.00 0.00 0.00 0.00 0.00 0.97 0.00 0.00 0.00 0.00 0.49 0.00 0.00 0.00 0.24 0.00 0.00 0.12 0.00 0.06 RO 124.35 62.18 31.09 15.54 7.77 3.89 1.94 0.97 0.49 0.24 0.12 54.09
Tabel 6 Potensi Ketersediaan Air (RO=mm/bln) Sub DAS Subayang tahun 2006 – 2014 Bulan/Tahun 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 Jan 124,4 54,1 36,3 0,5 198,7 0,0 250,1 329,71 0,03 Feb 62,2 87,5 48,7 0,3 114,1 0,0 75,0 67,34 0,02 Mar 31,1 120,8 243,3 0,1 57,0 0,0 37,5 33,67 0,01 Apr 15,5 90,5 250,9 0,1 28,5 0,0 18,8 16,83 0,00 Mei 7,8 76,8 139,2 0,0 14,3 0,0 9,4 8,42 0,00 Jun 3,9 54,1 69,6 0,0 7,1 0,0 4,7 4,21 0,00 Jul 1,9 27,1 34,8 0,0 3,6 0,0 2,3 2,10 0,00 Agust 1,0 13,5 17,4 0,0 1,8 0,0 1,2 1,05 0,00 Sept 0,5 6,8 8,7 0,0 0,9 0,0 0,6 0,53 0,00 Okt 0,2 3,4 4,3 0,0 0,4 0,0 0,3 0,26 0,00 Nov 0,1 1,7 2,2 84,6 0,2 100,0 74,5 0,13 0,00 Des 54,1 0,8 1,1 253,8 0,0 300,1 269,4 0,07 0,00
Tabel 7 Runoff bulanan (RO=m3) Sub DAS Subayang tahun 2006 – 2014
Bulan/Tahun 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 Jan 80.321.804,15 34.917.562,83 23.478.708,62 345.398,81 128.325.303,31 9.304,09 161.528.849,01 212.969.320,65 21.238,54 Feb 40.160.902,08 56.545.901,43 31.465.926,84 172.699,40 73.690.042,65 4.652,05 48.458.654,70 43.496.530,13 10.619,27 Mar 20.080.451,04 78.007.749,63 157.167.702,60 86.349,70 36.845.021,32 2.326,02 24.229.327,35 21.748.265,06 5.309,64 Apr 10.040.225,52 58.464.189,62 162.074.302,92 43.174,85 18.422.510,66 1.163,01 12.114.663,68 10.874.132,53 2.654,82 Mei 5.020.112,76 49.591.666,60 89.889.514,04 21.587,43 9.211.255,33 581,51 6.057.331,84 5.437.066,27 1.327,41 Jun 2.510.056,38 34.975.619,19 44.944.757,02 10.793,71 4.605.627,67 290,75 3.028.665,92 2.718.533,13 663,70 Jul 1.255.028,19 17.487.809,60 22.472.378,51 5.396,86 2.302.813,83 145,38 1.514.332,96 1.359.266,57 331,85 Agust 627.514,09 8.743.904,80 11.236.189,26 2.698,43 1.151.406,92 72,69 757.166,48 679.633,28 165,93 Sept 313.757,05 4.371.952,40 5.618.094,63 1.349,21 575.703,46 36,34 378.583,24 339.816,64 82,96 Okt 156.878,52 2.185.976,20 2.809.047,31 674,61 287.851,73 18,17 189.291,62 169.908,32 41,48 Nov 78.439,26 1.092.988,10 1.404.523,66 54.635.597,97 143.925,86 64.611.548,69 48.104.505,92 84.954,16 20,74 Des 34.937.172,64 546.494,05 690.797,62 163.905.782,00 18.608,19 193.834.618,81 173.986.120,51 42.477,08 -
Tabel 8 Surplus dan Defisit Sub DAS Subayang tahun 2006 – 2014
REKOMENDASI
Pendugaan potensi ketersedian air pada penelitian ini menggunakan asumsi-asumsi karena keterbatasan data. Untuk penelitian yang lebih detil sebaiknya membandingkan data debit sungai dari pengukuran di lokasi dengan hasil perhitungan untuk mengetahui keakuratan metode Thornthwaite Mather.
DAFTAR PUSTAKA
BPDAS Indragiri Rokan, 2014
Pramono, I. B., Adi, R. N. 2010. Perbandingan Hasil Estimasi Potensi Air Bulanan dan Hasil Pengukuran Langsung di Sub DAS Wuryanto, Wonogiri. Jurnal Penelitian Hutan dan Konservasi Alam Vol.VII No. 2. 127-137, Balai Penelitian Kehutanan, Solo.
Sengkarang, Ig. L. Setyawan Purnama, Sutanto Trijuni, Fahrudin Hanafi, Taufik Aulia, dan Rahmad Razali, 2012, Analisis Neraca Air Di Das Kupang, Magister Perencanaan dan Pengelolaan Pesisir dan Daerah Aliran Sungai (MPPDAS) Program S-2 Geografi , Fakultas Geografi Universitas Gadjah Mada.
Sosrodarsono, S., Takeda, Kenzaku., 2003, Hidrologi Untuk Pengairan, Cetakan ke 9, Pradnya Paramita, Jakarta.
Subiyakto dalam Wijayanti at al (2015)
Widiyono, Mg., 2016, Analisis Neraca Air Metode Thornthwaite Mather Kaitannya
Dalam Pemenuhan Kebutuhan Air
Domestik Di Daerah Potensi Rawan Kekeringan Di Kecamatan Trowulan Kabupaten Mojokerto, Swara Bhumi. Volume 01 Nomor 01 Tahun 2016
Wijayanti, Rita Noviani, Gentur Adi Tjahjono, 2015, Dampak Perubahan Iklim Terhadap
Imbangan Air Secara Meteorologis
Dengan Menggunakan Metode
Thornthwaite Mather Untuk Analisis
Kekritisan Air Di Karst Wonogiri,
